专利名称：用于计量燃烧控制系统的自动设置过程的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃烧天然气和油的锅炉，并且更具体地涉及用于工业和商业的燃烧天然气和油的蒸汽/热水锅炉的计量控制系统的设置。
背景技术：
计量燃烧控制系统常常连同工业和商业锅炉使用，以便调制通向锅炉的一个或多个燃烧器的空气流量和燃料流量。一种类型的燃烧控制器使用空气流量和燃料流量致动器通过在锅炉的整个操作范围上对这些流量进行并行计量来调制空气流量和燃料流量，以确保可在整个操作范围上满足燃烧的安全性、效率和环境要求。在并行计量控制系统中，向两个从属流量控制环路并行地施加燃烧速度要求信号作为设定点。一个流量控制环路监测燃料流量，而另一个监测空气流量。空气流量控制器通过操纵与节气门相关联的致动器和/ 或与可变速空气流量风扇操作关联的可变频驱动器来控制空气流量。燃料流量控制器通过操纵燃料致动器(例如螺线管阀或其他类型的流量伺服阀)来控制燃料流量。通过期望燃烧速度处的空气/燃料流量比来协调两个流量控制器的设定点。锅炉的操作范围通常由其在低燃点和高燃点之间的燃烧范围限定，所述低燃点与燃烧可持续时的最小燃烧速度相称，所述高燃点与燃烧器的最大能量输出相称。燃烧范围取决于锅炉的燃烧器的极限负荷比，也即最高能量输出和最低能量输出之间的比。在每个锅炉燃烧范围中的给定燃烧速度时，必须限定合适的空气/燃料流量比，这进而确定了燃烧的效率、排放和稳定性。空气/燃料流量比的所确定的组(集合)提供了锅炉操作期间锅炉控制器所用的两个流量控制环路的设定点，以响应于燃烧速度来调制燃烧器燃料阀和节气门。当燃烧控制系统被首先安装在锅炉上时，需要在燃烧范围中的多个点上限定期望的空气/燃料流量比，即燃烧速度，因为空气/燃料流量比和燃烧速度的组之间的关系是非线性的。在整个燃烧范围中限定适当空气/燃料流量比的过程通常被称为锅炉燃烧控制系统的试运转。试运转过程的目的在于在操作范围上的各个点(即燃烧速度)处寻找一组协调的空气和燃料流量设定点(即空气/流量比)，使得可实现安全性、效率和环境要求。在试运转过程中，在每个各自燃烧速度(在此处确定一组优化的空气和燃料流量)，与那些点处的燃烧相关联的过量的氧气水平和一氧化碳水平被测量和记录。通常，试运转过程由技师手动完成，并且其可以是非常耗时的。一般地，燃烧控制器包括第一反馈回路和第二反馈回路，所述第一反馈回路包括压力控制器，用于响应于所感测的锅炉压力来调节燃烧速度，所述第二反馈回路包括氧气配平控制器，用于响应于烟气(flue gas)中的所感测的过量氧气来调节过量氧气水平。通常，压力控制器和氧气配平控制器具有通常称为PID控制器的形式。这种控制器采用具有比例项、积分项和微分相的控制函数。在常规实践中，一旦完成试运转过程，则试运转技师有必要通过尝试误差法或进一步步骤测试来单独地调整氧气配平控制器和压力控制器。调整过程的目的在于建立与控制函数的比例、积分和微分项相关联的增益因子，以提供可在所关联燃烧系统的整个燃烧范围上适用的控制函数。在试运转过程完成后通过进一步测试来对两个控制器进行调整，这延长了技师完成燃烧控制系统的安装所需的时间。
发明内容
提供了一种用于控制锅炉燃烧系统的操作的计量燃烧控制系统的自动设置方法， 所述锅炉燃烧系统包括燃烧器、燃料流量控制装置和燃料流量控制装置控制器以及空气流量控制装置和空气流量控制装置控制器，所述燃料流量控制装置控制器与所述燃料流量控制装置操作关联以便向所述燃烧器供应燃料，所述空气流量控制装置控制器与所述空气流量控制装置操作关联以便向所述燃烧器供应空气。所述自动设置方法包括在最小燃烧速度和最大燃烧速度之间的多个选定燃烧速度点处通过负反馈控制方法识别下限空气/燃料质量流量比和上限空气/燃料质量流量比；在所述多个燃烧速度点的每个选定燃烧速度点处计算设定点空气/燃料比，作为所述下限空气/燃料比和所述上限空气/燃料比的平均；形成所述平均空气/燃料比以及所述最小燃烧速度和所述最大燃烧速度之间的燃烧速度之间的关系；以及调节所述空气流量控制器和所述燃料流量控制器、氧气配平或一氧化碳配平控制器。用于在每个选定燃烧速度点处识别下限空气/燃料质量流量比和上限空气 /燃料质量流量比的所述负反馈控制方法可包括一氧化碳配平控制环路和/或过量氧气配平控制环路。在一个实施例中，在最小燃烧速度和最大燃烧速度之间的多个选定燃烧速度点处通过负反馈控制方法识别下限空气/燃料质量流量比和上限空气/燃料质量流量比的所述步骤包括在每个选定燃烧速度处在与所述每个选定燃烧速度相关联的各自选定燃料流量控制装置控制器设置处识别最小和最大空气流速设定点。在一个实施例中，在最小燃烧速度和最大燃烧速度之间的多个选定燃烧速度点处通过负反馈控制方法识别下限空气/燃料质量流量比和上限空气/燃料质量流量比的所述步骤包括在每个选定燃烧速度处在与所述每个选定燃烧速度相关联的各自选定空气流量控制装置控制器设置处识别最小和最大燃料流速设定点。在一个方面，所述自动设置方法包括步骤(a)选择所述最小燃烧速度和所述最大燃烧速度之间的燃烧速度点；(b)在与所述选定燃烧速度点相关联的所述燃料流量控制装置控制器的初始设置处，选择所述空气流量控制装置控制器的第一设置并且增量地重置所述空气流量控制装置控制器；(c)使所述燃烧器在步骤(b)中的每个空气流量控制装置控制器设置处在所述选定燃烧速度处操作以产生烟气，并且在每个空气流量控制装置控制器设置处测量空气质量流量、所述烟气中的氧气含量和所述烟气中的一氧化碳含量；(d) 识别并保存所述选定燃烧速度处的下限空气/燃料比，在所述下限空气/燃料比处，所述烟气中测量的一氧化碳含量等于上限一氧化碳目标水平；(e)识别并保存所述选定燃烧速度处的上限空气/燃料比，在所述上限空气/燃料比处，所述烟气中测量的一氧化碳含量等于下限一氧化碳目标水平；(f)在最小燃烧速度和最大燃烧速度之间的多个选定燃烧速度点处重复步骤(a)到(e);以及(g)在所述多个选定燃烧速度点的每个选定燃烧速度点处计算设定点空气/燃料比，作为所述下限空气/燃料比和所述上限空气/燃料比的平均，并且形成所述平均空气/燃料比以及所述最小燃烧速度和所述最大燃烧速度之间的燃烧速度之间的关系。
该方法可包括进一步的步骤比较所述空气流量控制装置控制器设置处的测量的氧气含量与下限氧气目标水平，在所述空气流量控制装置控制器设置处，所述烟气中的测量的一氧化碳含量等于上限一氧化碳目标水平；如果所述测量的氧气含量小于所述下限氧气目标水平，则增量地重置所述空气流量控制装置控制器设置直到所述测量的氧气含量超过所述下限氧气目标水平；以及识别并保存所述空气流量控制装置控制器设置处的空气/ 燃料比直到所述测量的氧气含量首次超过所述下限氧气目标水平，作为所述选定燃烧速度点处的下限空气/燃料比。在一个方面，该设置方法包括步骤(a)选择第一燃烧速度点；(b)在与所述选定燃烧速度点相关联的所述燃料流量控制装置控制器的初始设置处，选择所述空气流量控制装置控制器的第一设置并且增量地重置所述空气流量控制装置控制器；(c)使所述燃烧器在步骤(b)中的每个空气流量控制装置控制器设置处在所述选定燃烧速度处操作以产生烟气，并且在每个空气流量控制装置控制器设置处测量空气质量流量、所述烟气中的氧气含量和所述烟气中的一氧化碳含量；(d)在所述选定燃烧速度处识别将所述空气质量流量与所述空气流量控制装置控制器设置相关联的模型、将所述烟气中的氧气含量与所述空气流量控制装置控制器设置相关联的模型、以及将所述烟气中的一氧化碳含量与所述空气流量控制装置控制器设置相关联的模型；(e)计算用于空气质量流速反馈环路控制器、用于氧气配平反馈环路控制器以及用于一氧化碳配平反馈环路控制器的一组控制参数；(f)重置所述第一设置处的所述空气流量控制装置控制器并且增量地重置所述燃料流量控制装置控制器；(g)测量步骤(f)中的每个燃料流量燃料流量控制装置控制器设置处的燃料质量流量，并且识别将燃料质量流量与燃料流量控制装置控制器设置相关联的模型；(h)计算用于燃料质量流速反馈环路控制器的一组控制参数；(i)选择新的燃烧速度点；(j)在与所述选定燃烧速度点相关联的所述燃料流量控制装置控制器的初始设置处，选择所述空气流量控制装置控制器的第一设置并且增量地重置所述空气流量控制装置控制器；(k)使所述燃烧器在步骤(b )中的每个空气流量控制装置控制器设置处在所述选定燃烧速度处操作以产生烟气，并且在每个空气流量控制装置控制器设置处测量空气质量流量、所述烟气中的氧气含量和所述烟气中的一氧化碳含量；(1)识别并保存所述选定燃烧速度处的下限空气/燃料比，在所述下限空气/燃料比处，所述烟气中测量的一氧化碳含量等于上限一氧化碳目标水平；(m)识别并保存所述选定燃烧速度处的上限空气/燃料比，在所述上限空气/ 燃料比处，所述烟气中测量的一氧化碳含量等于下限一氧化碳目标水平；(η)在最小燃烧速度和最大燃烧速度之间的多个选定燃烧速度点处重复步骤(i)到(m);以及(ο)在所述多个选定燃烧速度点的每个选定燃烧速度点处计算设定点空气/燃料比，作为所述下限空气 /燃料比和所述上限空气/燃料比的平均，并且形成所述平均空气/燃料比以及所述最小燃烧速度和所述最大燃烧速度之间的燃烧速度之间的关系。在该方法的一个方面，识别每个选定燃烧速度处的下限空气/燃料比和上限空气燃料比的步骤包括使用负反馈控制环路来识别每个选定燃烧速度处的所述最大和最小空气流量设定点。在该方法的进一步方面中，所述负反馈控制环路可包括一氧化碳配平控制环路或过量氧气配平控制环路。在该方法的进一步方面中，包括步骤选择性地激活负反馈氧气配平控制和负反馈一氧化碳配平控制中的一个，以便在识别每个燃烧速度处的最大和最小空气流量设定点时使用。
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还提供了一种用于控制锅炉燃烧系统的操作的计量燃烧控制系统，所述锅炉燃烧系统包括燃烧器、燃料流量控制装置和燃料流量控制装置控制器以及空气流量控制装置和空气流量控制装置控制器，所述燃料流量控制装置控制器与所述燃料流量控制装置操作关联以便向所述燃烧器供应燃料，所述空气流量控制装置控制器与所述空气流量控制装置操作关联以便向所述燃烧器供应空气；所述控制系统包括氧气配平反馈环路、一氧化碳配平反馈环路以及用于选择性地激活氧气配平控制器或一氧化碳配平控制器之一的切换装置。 所述氧气配平反馈环路可包括负反馈环路。所述一氧化碳配平反馈环路可包括负反馈环路。
将参照本发明的以下详细描述以便进一步理解本发明，该详细描述应连同附图一同阅读，在附图中
图1是用于蒸汽/热水锅炉的燃烧系统的示意图2是具有一氧化碳/氧气配平控制的计量燃烧控制系统的示例性实施例的方框图； 图3是示例性的空气燃料(空气/燃料)关系与燃烧速度的映射的图形表示； 图4是用于识别在一个选定燃烧速度在选定燃料流量速度时的优化空气质量流量的反馈控制方法的示例性实施例的方框图；并且
图5是用于识别在一个选定燃烧速度在选定空气质量流量速度时的优化空气质量流量的反馈控制方法的示例性实施例的方框图。
具体实施例方式现在参见图1，示出了代表燃烧控制系统20的方框图，该燃烧控制系统20用于控制通向热水或蒸汽锅炉2的燃烧器4的燃料流量和空气流量。在操作中，控制系统20起到在任何具体燃烧速度时维持安全、高效且环境可接受操作的功能。燃烧控制系统20包括燃料流量控制装置对，其通常为伺服阀，布置在通向燃烧器4的燃料供应线路3中以控制供应到燃烧器的流量。燃烧控制系统20还包括空气流量控制装置，例如节气门沈，其布置在通向燃烧器4的空气供应管道5中以控制被风扇8供应到燃烧器的空气流量。替代性地，风扇8可以是由可变速马达12驱动的可变速风扇，其速度可由可变频驱动器14控制。在该实施例中，空气流量控制装置包括可变频驱动器14，由此，马达/风扇的速度可变化以选择性地增加或减少通过供应管道5通向燃烧器4的空气流的容积。燃料控制系统20还包括控制器22，其与燃料流量控制装置M操作关联以便选择性地操纵燃料流量控制装置M并且与空气流量控制装置(不论是节气门沈还是可变频驱动器14)操作关联以便选择性地操纵燃料流量控制装置。现在参见图2，那里示出的燃烧控制系统20是根据本发明的常规动态反馈控制的示例性实施例。燃烧控制系统20包括锅炉蒸汽压力(或热水锅炉的热水温度)控制反馈环路30、一氧化碳/氧气(C0/02)水平控制反馈环路40、空气/燃料比映射50、燃料流量控制反馈环路60以及空气流量反馈环路70。在图2中，
Ac3表示空气质量流速并且.力/表示燃料质量流速。Ga表示空气伺服传递函数，(^表示燃料伺服传递函数，G表示锅炉传递函数，Gd并且表示锅炉水侧传递函数。K表示锅炉压力控制器32，Ka表示空气质量流速控制器72，Kf表示燃料质量流速控制器62，并且K2表示一氧化碳/氧气水平控制器44。函数f(x)表示空气/燃料比曲线，其是关于空气/燃料比与燃烧速度的非线性函数。另外，f2(x)表示过量氧气目标曲线或者一氧化碳目标曲线，其可为负荷相关(非线性)函数，使设定点氧气含量目标值与燃烧速度相关联。空气伺服传递函数Ga将输入到空气流量控制节气门沈的空气伺服位置Ua转换成
相应的空气质量流速。燃料伺服传递函数将输入到燃料流量控制设备M的燃料伺
服函数Uf转换成相应的燃料质量流速。锅炉传递函数G对锅炉火侧操作进行建模并针
对输入的燃料质量流速和输入的空气质量流速提供锅炉蒸汽压力和烟气过量氧气含量作为输出。锅炉水侧传递函数将诸如锅炉水位、给水质量流速和/或蒸汽(热水)质量流速等锅炉水侧参数中的输入变化转换成锅炉压力变化。锅炉反馈环路30包括锅炉压力控制器32，锅炉压力控制器32响应于影响锅炉蒸汽压力(热水温度)的一个或多个操作参数的变化来调整燃烧器燃烧速度以便保持期望的设定点压力。锅炉压力控制器32从负反馈回路34接收指示锅炉蒸汽压力(热水温度)变化的信号作为输入，所述锅炉蒸汽压力变化伴随诸如锅炉水位、锅炉给水质量流速和锅炉蒸汽(热水)质量流速等一个或多个水侧操作参数的变化，或者伴随诸如燃料质量流速或空气质量流速等火侧操作参数的变化，其反映在来自加法回路36的信号输出中。燃料流量控制反馈环路60包括燃料质量流速控制器62、负反馈回路64和燃料质量流量传感器66。反馈回路64从控制器22接收设定点燃料质量流速πι-并且从燃料质量流速传感器66接收指示所感测燃料质量流速的负反馈信号63。反馈回路64处理该输入并且向燃料质量流速控制器62输出经调整的燃料质量流速设定点信号，燃料质量流速控制器62产生并向燃料流量伺服传输定位信号，燃料流量伺服通过应用传递函数而将燃料流量控制装置M适当定位以提供期望的燃料质量流速。空气流量控制反馈环路70包括空气质量流速控制器72、负反馈回路74和空气质量流量传感器76。反馈回路74从控制器22接收设定点空气质量流速并且从空气质量流速传感器76接收指示所感测空气质量流速的负反馈信号73。反馈回路74处理该输入并且向空气质量流速控制器72输出经调整的空气质量流速设定点信号，空气质量流速控制器72产生并向空气流量伺服传输定位信号，空气流量伺服通过应用传递函数Ga而将空气流量控制装置26适当定位以提供期望的空气质量流速。控制器22根据需要来确定经调整的燃烧速度以将锅炉负荷保持在设定点锅炉压力并在控制燃料流量控制装置M时使用该经调整的燃烧速度。控制器22确定满足经调整的燃烧速度所需的燃料质量流速并且将燃料质量流速设定点Hlfsp重置到该需要的燃料质量流速。燃料质量流速控制器62以后文关于燃料流量控制反馈环路60讨论的方式响应于燃料质量流速的设定点和所感测的燃料质量流速确定燃料伺服位置uf。控制器22将燃料流量控制器M重定位到期望的燃料伺服位置Uf，其调整至燃烧器4的燃料质量流速。控制器22还在控制空气流量控制装置沈时使用经调整的燃烧速度。控制器22 参考被编程到控制器中的空气/燃料质量流量比映射50以选择与重置的燃料质量流速设定点HVsp相关联的空气质量流速设定点!11_。如图2所示的示例性实施例中的，如果控制系统20包括一氧化碳/氧气配平控制反馈环路40，那么在加法回路48处响应于一氧化碳/ 氧气配平信号47进一步调整在选择期望空气伺服位置Ua时被控制器22使用的经调整的燃烧速度。一氧化碳/氧气配平控制器44例如通过向误差信号45施加PID函数而基于误差信号45来生成配平信号47。误差信号45是来自负反馈回路42的输出，负反馈回路42 接收信号43a、43b (图4和图4中示出)和信号47a、47b (图4和图4中示出)作为输入，信号43a、4!3b分别指示所感测的过量一氧化碳/氧气含量，信号47a、47b分别指示用于经调整的燃烧速度的设定点一氧化碳含量和设定点过量氧气含量，经调整的燃烧速度由控制器 22经由参考过量氧气目标曲线f2(x)来选择，如前所述，所述过量氧气目标曲线&00是燃烧速度的函数。空气质量流速控制器72以后文关于空气流量控制反馈环路70讨论的方式响应于重置的设定点控制质量流速和所感测的空气质量流速确定空气伺服位置ua。控制器 22然后将空气流量控制器沈重定位到选定的空气伺服位置Ua，其改变至燃烧器M的空气质量流速。现在参照图3，空气/燃料质量流量比映射50包括从最小燃烧速度到最大燃烧速度的选定空气/燃料流量比与燃烧速度的非线性曲线A/F。如前面指出的，在设置计量燃烧控制系统的常规实践中，技师使用尝试误差过程来执行燃烧控制系统的试运转，以选择最小燃烧速度和最大燃烧速度之间的多个燃烧速度的每一个处的“优化”空气/燃料质量流量比。从试运转过程期间形成的该组“优化”空气/燃料质量流量比来得出非线性曲线A/ F
通过在最小燃烧速度(燃烧可持续时的最低燃烧速度)和最大燃烧速度(最大允许功率输出时的燃烧速度)之间的燃烧器操作范围中的多个选定燃烧速度的每一个处的选定位置处设定燃料流量控制装置M或者空气流量控制装置(即节气门26以及与风扇8相关联的可变频驱动器14)之一的伺服位置，并然后逐步地操纵燃料流量控制装置或空气流量控制装置中的另一个以便调整至燃烧器4的燃料流量或空气流量，使得排气烟囱烟气中的过量氧气的量被保持在目标过量氧气水平，从而找到用于每个燃烧速度的设定点的空气质量流量对燃料质量流量(空气/燃料)的比。目标过量氧气水平表示排气烟 烟气中的一氧化碳的浓度处于下限目标水平和上限目标水平之间时的燃烧条件。在本文公开的自动设置方法的实施例中，首先选择用于选定燃烧速度的燃料流量设定点，然后应用本文公开的自动设置方法来确定每个选定燃烧速度处的优化空气流量设定点，从而执行形成空气/燃料流量比设定点的映射50的过程。执行试运转任务的技师需要手动地限定点火点燃烧速度并选择操作范围中的多个其他燃烧速度，在这些燃烧速度处将确定一组空气/燃料流量比。在后面的讨论中，点火点燃烧速度被选择成大于最小燃烧速度，但是应当理解，点火点燃烧速度也可被认为是最小燃烧速度。在技师限定了点火点后，点火点处的空气伺服和燃料伺服位置是已知的。然后，在点火点处打开燃烧器，控制器 22然后以步进的方式调整空气伺服位置，例如每一步增加5%空气质量流量。在初始燃烧延迟稳定，由此烟气中的氧气和一氧化碳浓度将已经达到稳态值后，空气质量流量、烟气中的过量氧气含量以及烟气中的一氧化碳含量被测量、针对相关联的点火点燃烧速度空气质量流量和燃料质量流量处的空气/燃料比来记录，并被保存。空气伺服位置之间的空气质量流量、氧气含量和一氧化碳含量中的变化被计算并用于识别将空气伺服位置与空气质量流量相关联的传递函数Ga的模型，空气伺服位置与氧气含量的模型，空气伺服位置与一氧化碳含量的模型以及用于计算空气质量流量反馈环路控制器Ka和一氧化碳/氧气配平控制器K2 WPID控制器参数。控制器22接下来使空气伺服返回到其点火燃烧速度处的初始位置，并且以步进的方式调整燃料伺服位置，例如每一步增加5%燃料质量流量。在初始燃烧延迟稳定后，燃料质量流量被测量、针对燃料伺服位置来记录，并被保存。燃料伺服位置之间的燃料质量流量中的变化被计算并用于识别将燃料伺服位置与燃料质量流量相关联的传递函数(^f的模型，以及用于计算燃料质量流量反馈环路控制器Kf的PID控制器参数。控制器22使燃料伺服返回到其点火燃烧速度处的位置。控制器22将从燃烧器极限负荷比计算最小燃烧速度(点火燃烧速度旁边的点)处的燃料流量设定点，并且基于最小燃烧速度处的用于所计算燃料流量设定点的化学计量点以及5%的过量氧气含量来计算最小燃烧速度处的初始空气流量设定点。然后，控制器22 首先通过将燃料流量控制器的设定点改变到所计算的初始燃料流量设定点来打开所述燃料流量控制器，然后通过将空气流量控制器的设定点改变到所计算的最小流速处的空气流量设定点来打开所述空气流量控制器，因为最小燃烧速度处的燃料流量小于点火点处的燃料流量，有必要首先降低燃料流量，然后降低空气流量。然后，打开图4所示的CO配平控制器44以获得一氧化碳上限目标水平，例如烟气中的百万分之50 (50 ppm)的C0，并且获得下限目标水平，例如烟气中的2 ppm的CO。使用PID控制例程(例如图4的方框图所示)的闭环负反馈方法，如上所述初始地在点火燃烧速度处调节的，可被应用以简化达到用于烟气中的一氧化碳的下限和上限目标值。在这些目标点的每一个处，相应的空气质量流量、空气伺服位置和过量氧气含量被测量和记录。一氧化碳的下限目标水平处的空气质量流量对应于最小燃烧速度处的最大空气质量流速，并且一氧化碳的上限目标水平处的空气质量流量对应于最小燃烧速度处的最小空气质量流速。因此，通过将一氧化碳的下限目标水平处和一氧化碳的上限目标水平处的各自空气质量流量进行平均来计算最小燃烧速度处的空气质量流量设定点。如图4所示，如果在达到一氧化碳的下限目标水平的过程中，烟气中的过量氧气含量下降到低于预定安全界限，例如低于0.5%，则控制器44将从一氧化碳控制环路切换到氧气配平控制环路。然后，最小空气流量设定点是烟气中的过量氧气达到0.5% 时由氧气配平控制器K2ffi测量的空气流量。上述步骤中从空气伺服位置到空气质量流量的数据可用于识别最小燃烧速度点处的空气流量环路模型参数并且用于更新空气伺服位置到空气质量流量控制环路的PID 控制参数。另外，燃料伺服位置到燃料质量流量可用于更新燃料流量环路模型参数并且用于更新燃料伺服位置到燃料质量流量控制环路的PID控制参数。已经完成了最小燃烧速度处的过程，控制器22在最小燃烧速度和最大燃烧速度之间的每个选定燃烧速度点处重复上面在段落00 和0030中讨论的过程。当从较小燃烧速度移动到较大燃烧速度时，有必要首先打开空气流量控制环路，然后打开燃料流量控制环路，以便保证用于燃烧的过量空气。如前文所述在每个选定燃烧速度处采用的该过程在图4中表示的方框图中示出。一氧化碳的下限目标水平处的空气质量流量对应于选定燃烧速度处的最大空气质量流速，并且一氧化碳的上限目标水平处的空气质量流量对应于选定燃烧速度处的最小空气质量流量。基于极限负荷比来计算选定燃烧速度的燃料质量流量设定点mfspi。在选定燃烧速度处，通过将一氧化碳的下限目标水平处和一氧化碳的上限目标水平处的各自空气质量流量进行平均来计算选定燃烧速度处的空气质量流量设定点maspi。 另外，对于每个选定燃烧速度，计算空气质量流量控制器、燃料质量流量控制器、氧气配平控制器K2ffi和一氧化碳Κ2ω配平控制器的参数。因此，一氧化碳/氧气配平控制器44中的控制器K2ffi和Κ2ω的调节发生在试运转过程期间而非在试运转过程完成后。在前文详细讨论的自动设置方法的示例性实施例中，在多个燃烧速度点上识别优化的空气/燃料质量流量比映射50的过程包括将燃料流量装置控制器设定在与选定燃烧速度点相关联的选定的固定设置，然后使用如图4所示的作用在空气质量流速控制装置控制器上的负反馈控制环路来逐步地操纵空气流量控制装置以调整至燃烧器的空气质量流速。然而，如前文所指出的，在多个燃烧速度点上识别优化的空气/燃料质量流量比映射50 的过程可替代地包括将空气流量控制装置控制器设定在与选定燃烧速度点相关联的选定的固定设置，然后使用如图5所示的作用在燃料质量流速控制装置控制器上的负反馈控制环路来逐步地操纵燃料流量控制装置以调整至燃烧器的燃料质量流速。如本领域技术人员将意识到的，当如图5中被应用以调整燃料质量流速时的反馈控制环路的操作类似于当如图4中被应用以调整空气质量流速时的反馈控制环路的操作，并且如前文讨论的，被包括在本文讨论的自动设置方法中。本文讨论的蒸汽/热水锅炉的计量燃烧控制系统的试运转方法提供了可靠的迭代方法以不仅识别空气/燃料比映射，而且识别空气伺服位置到控制质量流量的模型、空气伺服位置到氧气含量的模型和空气伺服位置到一氧化碳含量的模型，以及计算并调节空气质量流量反馈环路控制器Ka、燃料质量流量反馈环路控制器Kf的PID控制器参数以及一氧化碳/氧气配平控制器44中的控制器K2ffi和Κ2ω的PID控制器参数。本文使用的术语是用于说明而不是限制的目的。本文公开的特定结构性和功能性细节不应被解释为限制性的，而仅仅是教导本领域技术人员使用本发明的基础。虽然已经参照所示的示例性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会意识到在不偏离本发明精神和范围的情况下可作出各种修改。本领域技术人员还将意识到，在不偏离本发明范围的情况下，可用等同物来替代参照本文公开的示例性实施例描述的元件或步骤。因此，所意图的是，本公开不限于所公开的(一个或多个)具体实施例，本公开而是将包括落入所附权利要求范围的所有实施例。
1权利要求
1.一种用于控制锅炉燃烧系统的操作的计量燃烧控制系统的设置方法，所述锅炉燃烧系统包括燃烧器、燃料流量控制装置和燃料流量控制器以及空气流量控制装置和空气流量控制器，所述燃料流量控制器与所述燃料流量控制装置操作关联以便向所述燃烧器供应燃料，所述空气流量控制器与所述空气流量控制装置操作关联以便向所述燃烧器供应空气， 所述方法包括步骤在最小燃烧速度和最大燃烧速度之间的多个选定燃烧速度点处通过负反馈控制方法识别下限空气/燃料质量流量比和上限空气/燃料质量流量比；在所述多个燃烧速度点的每个选定燃烧速度点处计算设定点空气/燃料比，作为所述下限空气/燃料比和所述上限空气/燃料比的平均；形成所述平均空气/燃料比以及所述最小燃烧速度和所述最大燃烧速度之间的燃烧速度之间的关系；调节所述空气流量控制器和所述燃料流量控制器；以及调节氧气配平控制器和一氧化碳配平控制器。
2.如权利要求1所述的设置方法，其中，用于在每个选定燃烧速度点处识别下限空气 /燃料质量流量比和上限空气/燃料质量流量比的所述负反馈控制方法包括一氧化碳配平控制环路。
3.如权利要求1所述的设置方法，其中，用于在每个选定燃烧速度点处识别下限空气 /燃料质量流量比和上限空气/燃料质量流量比的所述负反馈控制方法包括过量氧气配平控制环路。
4.如权利要求1所述的设置方法，其中，在最小燃烧速度和最大燃烧速度之间的多个选定燃烧速度点处通过负反馈控制方法识别下限空气/燃料质量流量比和上限空气/燃料质量流量比的所述步骤包括在每个选定燃烧速度处在与所述每个选定燃烧速度相关联的各自选定燃料流量控制装置控制器设置处识别最小和最大空气流速设定点。
5.如权利要求1所述的设置方法，其中，在最小燃烧速度和最大燃烧速度之间的多个选定燃烧速度点处通过负反馈控制方法识别下限空气/燃料质量流量比和上限空气/燃料质量流量比的所述步骤包括在每个选定燃烧速度处在与所述每个选定燃烧速度相关联的各自选定空气流量控制装置控制器设置处识别最小和最大燃料流速设定点。
6.一种用于控制锅炉燃烧系统的操作的计量燃烧控制系统的设置方法，所述锅炉燃烧系统包括燃烧器、燃料流量控制装置和燃料流量控制装置控制器以及空气流量控制装置和空气流量控制装置控制器，所述燃料流量控制装置控制器与所述燃料流量控制装置操作关联以便向所述燃烧器供应燃料，所述空气流量控制装置控制器与所述空气流量控制装置操作关联以便向所述燃烧器供应空气，所述方法包括在最小燃烧速度和最大燃烧速度之间的多个选定燃烧速度点处限定下限空气/燃料质量流量比和上限空气/燃料质量流量比，所述设置方法包括步骤(a)选择所述最小燃烧速度和所述最大燃烧速度之间的燃烧速度点；(b)在与所述选定燃烧速度点相关联的所述燃料流量控制装置控制器的初始设置处， 选择所述空气流量控制装置控制器的第一设置并且增量地重置所述空气流量控制装置控制器；(c)使所述燃烧器在步骤(b)中的每个空气流量控制装置控制器设置处在所述选定燃烧速度处操作以产生烟气，并且在每个空气流量控制装置控制器设置处测量空气质量流量、所述烟气中的氧气含量和所述烟气中的一氧化碳含量；(d)识别并保存所述选定燃烧速度处的下限空气/燃料比，在所述下限空气/燃料比处，所述烟气中测量的一氧化碳含量等于上限一氧化碳目标水平；(e)识别并保存所述选定燃烧速度处的上限空气/燃料比，在所述上限空气/燃料比处，所述烟气中测量的一氧化碳含量等于下限一氧化碳目标水平；(f)在最小燃烧速度和最大燃烧速度之间的多个选定燃烧速度点处重复步骤(a)到 (e);以及(g)在所述多个选定燃烧速度点的每个选定燃烧速度点处计算设定点空气/燃料比， 作为所述下限空气/燃料比和所述上限空气/燃料比的平均，并且形成所述平均空气/燃料比以及所述最小燃烧速度和所述最大燃烧速度之间的燃烧速度之间的关系。
7.如权利要求6所述的方法，其中，在步骤(d)和(e)处，使用负反馈控制环路来识别每个燃烧速度处的所述最大和最小空气流量设定点。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述负反馈控制环路包括一氧化碳配平控制环路。
9.如权利要求7所述的方法，其中，所述负反馈控制环路包括氧气配平控制环路。
10.如权利要求6所述的方法，还包括步骤比较所述空气流量控制装置控制器设置处的测量的氧气含量与下限氧气目标水平，在所述空气流量控制装置控制器设置处，所述烟气中的测量的一氧化碳含量等于上限一氧化碳目标水平；如果所述测量的氧气含量小于所述下限氧气目标水平，则增量地重置所述空气流量控制装置控制器设置直到所述测量的氧气含量超过所述下限氧气目标水平；以及识别并保存所述空气流量控制装置控制器设置处的空气/燃料比直到所述测量的氧气含量首次超过所述下限氧气目标水平，作为所述选定燃烧速度点处的下限空气/燃料比。
11.一种用于控制锅炉燃烧系统的操作的计量燃烧控制系统的设置方法，所述锅炉燃烧系统包括燃烧器、燃料流量控制装置和燃料流量控制装置控制器以及空气流量控制装置和空气流量控制装置控制器，所述燃料流量控制装置控制器与所述燃料流量控制装置操作关联以便向所述燃烧器供应燃料，所述空气流量控制装置控制器与所述空气流量控制装置操作关联以便向所述燃烧器供应空气，所述方法包括在最小燃烧速度和最大燃烧速度之间的多个选定燃烧速度点处限定下限空气/燃料质量流量比和上限空气/燃料质量流量比， 所述设置方法包括步骤(a)选择第一燃烧速度点；(b)在与所述选定燃烧速度点相关联的所述燃料流量控制装置控制器的初始设置处， 选择所述空气流量控制装置控制器的第一设置并且增量地重置所述空气流量控制装置控制器；(c)使所述燃烧器在步骤(b)中的每个空气流量控制装置控制器设置处在所述选定燃烧速度处操作以产生烟气，并且在每个空气流量控制装置控制器设置处测量空气质量流量、所述烟气中的氧气含量和所述烟气中的一氧化碳含量；(d)在所述选定燃烧速度处识别将所述空气质量流量与所述空气流量控制装置控制器设置相关联的模型、将所述烟气中的氧气含量与所述空气流量控制装置控制器设置相关联的模型、以及将所述烟气中的一氧化碳含量与所述空气流量控制装置控制器设置相关联的模型；(e)计算用于空气质量流速反馈环路控制器、用于氧气配平反馈环路控制器以及用于一氧化碳配平反馈环路控制器的一组控制参数；(f)重置所述第一设置处的所述空气流量控制装置控制器并且增量地重置所述燃料流量控制装置控制器；(g)测量步骤(f)中的每个燃料流量燃料流量控制装置控制器设置处的燃料质量流量， 并且识别将燃料质量流量与燃料流量控制装置控制器设置相关联的模型；(h)计算用于燃料质量流速反馈环路控制器的一组控制参数；(i)选择新的燃烧速度点；(j)在与所述选定燃烧速度点相关联的所述燃料流量控制装置控制器的初始设置处， 选择所述空气流量控制装置控制器的第一设置并且增量地重置所述空气流量控制装置控制器；(k)使所述燃烧器在步骤(b)中的每个空气流量控制装置控制器设置处在所述选定燃烧速度处操作以产生烟气，并且在每个空气流量控制装置控制器设置处测量空气质量流量、所述烟气中的氧气含量和所述烟气中的一氧化碳含量；(1)识别并保存所述选定燃烧速度处的下限空气/燃料比，在所述下限空气/燃料比处，所述烟气中测量的一氧化碳含量等于上限一氧化碳目标水平；(m)识别并保存所述选定燃烧速度处的上限空气/燃料比，在所述上限空气/燃料比处，所述烟气中测量的一氧化碳含量等于下限一氧化碳目标水平；(η)在最小燃烧速度和最大燃烧速度之间的多个选定燃烧速度点处重复步骤(i)到 (m)；以及(ο)在所述多个选定燃烧速度点的每个选定燃烧速度点处计算设定点空气/燃料比， 作为所述下限空气/燃料比和所述上限空气/燃料比的平均，并且形成所述平均空气/燃料比以及所述最小燃烧速度和所述最大燃烧速度之间的燃烧速度之间的关系。
12.如权利要求11所述的方法，其中，在步骤(1)和(m)处，使用负反馈控制环路来识别每个燃烧速度处的所述最大和最小空气流量设定点。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述负反馈控制环路包括一氧化碳配平控制环路。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述负反馈控制环路包括氧气配平控制环路。
15.如权利要求11所述的方法，其中，在步骤(1)和(m)处，所述方法包括进一步的步骤选择性地激活负反馈氧气配平控制和负反馈一氧化碳配平控制中的一个，以便在识别每个燃烧速度处的最大和最小空气流量设定点时使用。
全文摘要
提供了一种用于控制锅炉燃烧系统的操作的计量燃烧控制系统的自动设置方法。自动设置过程包括试运转和控制器调节，而不是在试运转过程已经完成后调节一氧化碳和/或氧气配平控制器。氧气配平控制器或一氧化碳配平控制器用于识别空气/燃料比。
文档编号F23N5/00GK102239364SQ200880132084
公开日2011年11月9日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者J·范, M·A·莱利克 申请人:Utc消防及保安公司